《生命科学研究进展》系别：化学与生物农学系班级：09生物本
姓名：韦钰
学号：200904054018
仿生学的意义
韦钰
摘要：随着生产的需要和科学技术的发展，从20世纪50年代以来，人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明的源泉。人们用化学、物理学、数学以及技术模型对生物系统开展着深入的研究，促进了生物学的极大发展，对生物体内功能机理的研究也取得了迅速的进展。此时模拟生物不再是引人入胜的幻想，而成了可以做到的事实。生物学家和工程师们积极合作，开始将从生物界获得的知识用来改善旧的或创造新的工程技术设备。生物学开始跨入各行各业技术革新和技术革命的行列，而且首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得了成功。于是生物学和工程技术学科结合在一起，互相渗透孕育出一门新生的科学——仿生学。
关键字：仿生学促进生命科学工程技术学发展
（一）仿生学简介
人们常说的仿生学是指研究生物系统的结构性质、能量转换和信息过程，并将所获得的知识用来改善现有的或创造崭新的机械、仪器、建筑结构和工艺的过程。位于其基层的是维纳（Ｗｉｅｎｅｒ）的控制思想。它是生物学、数学和工程技术学相互渗透、结合的一门新型边缘学科。其任务是研究生物系统的优异能力及产业的原理，并把它模式化，然后应用这些原理去设计和制造新的技术设备或其他相关的技术思路，从而为人类的生产、生活服务。生物模拟已成为现代发展高新技术的重要途径之一。仿生学的主要研究方法是：提出模型。进行模拟。其程序大致为：首先对生物原型进行研究；其次是将生物原型提供的资料进行数学分析。使其内在联系抽象化，用数学语言把生物模型“翻译”成具有一般意义的数学模型；最后是采用电子的、化学的、机械的手段，根据数学模型制造出用工程技术进行试验的实物模型。在生物模拟过程中，绝不是简单仿生，而是要在仿生中创新。最终建成的机器设备与原生物原型是不同的，在若干方面甚至会超过生物模型的能力。科学技术发展至今，人们已有能力并自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理、发明创造的源泉。生命科学与工程技术相结合，将会产生一次新的技术革命。
（二）仿生学促进生命科学的发展
近年来生命科学的发展拓宽和加深了仿生领域，极大地促进了仿生学的发展。反之仿生学的发展也促进生物科学的发展。例如：动物运动的人工诱导和神经工程学的建立。长期以来，人们对动物运动的研究注重在动物运动的行为和机理。例如：研究昆虫六条腿运动模式是怎样的？神经系统是如何调控这种“交替三角”的步态的？仿生学的研究将问题提高到人能否诱导动物运动的层次。动物运动的人工诱导需要生命、信息和机械科学的交叉，具有广泛的实用性［１６］。１９９７年，Ｈｏｌｚｅｒ（法国）和Ｉｓａｏ（日本）将蟑螂（Ｐｅｒｐｌａｎｅｔａａｍｅｒｉｃａｎａ）两个触角和翅膀切掉，用４个电极替代，有线刺激诱导蟑螂运动。后来Ｉｓａｏ成功地遥控诱导了蟑螂运动。美国纽约州立大学Ｔａｌｗａ博士领导的科研小组实现了人工诱导老鼠运动。他们在老鼠脑内埋藏
３个刺激电极，通过刺激老鼠脑内的两侧胡须感觉区和位于下丘脑视前外侧区的“奖赏中枢”控制老鼠按照人预定的路线爬行。
南京航空航天大学仿生结构和材料防护研究所研究诱导壁虎运动，他们在壁虎脑内埋藏３个刺激电极，通过刺激壁虎脑内特异性核区成功地控制壁虎左、右转运动。动物运动系统是亿万年形成的自然系统。机器人在运动平稳性、灵活性、健壮性、环境适应性及能源利用效率等方面远远落后于动物。人工诱导动物运动的研究促进了生命科学的发展，为仿生机械的设计和制备提供了新的理念和结构系统。仿生学与生命科学相互促进发展。
２０００年，仿生学开始大踏步地进入脑科学领域，不仅促进了神经科学的发展，而且开辟了一门新兴的交叉学科———神经工程学（ＮｅｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）。自从Ｃａｔｏｎ（１８７５）首次在家兔和猴脑、Ｂｅｒｇｅｒ（１９２９）在人头皮上记录到脑电波以来，传统上认为，这种经容积导体记录的电活动是大脑所有神经元活动的总和，其波形变化呈“混沌”相，内涵的信息很难被提取和确认。所以，脑电波只能用于癫痫、脑外伤和脑肿瘤病灶的探测，以及醒觉和睡眠的研究。直到近年来神经电生理学和计算机技术的飞速发展，才使人们可以借助高性能的生物电信号采集系统和专门设计的计算机算法，提取出人思维时脑电波的时－空特征，进行分类和分析，通过计算机将特征性脑电波翻译成遥控的指令，经无线网络发送出去，实现人脑与计算机的“对接”，控制电子装置和仿生电子肢体。例如：美国Ｄｕｋｅ大学、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ大学和Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ大学的科学家分别实现了大脑思维对机械装置的控制。他们在猴子身上进行了实验，把近２００个电极植入猴子的大脑，记录脑内支配手臂活动的神经元的电活动，然后将电波数据传送给１０００公里外的机械臂（机械臂内置仿生程序对信号做出响应），控制机械臂在三维方向上活动；美国麻省的Ｃｙｂｅｒｋｉｎｅｔｉｃｓ公司将命名为“脑门”（ＢｒａｉｎＧａｔｅ）的微型电子设备植入一名２４岁的四肢瘫痪者的大脑皮层。“脑门”使病人可以利用自己的思维来控制计算机和电视与此同时，清华大学研制的脑－机接口系统也取得重大进展。高上凯教授领导的神经工程研究所的“脑－机接口”系统在２００６年“第三届国际脑－机接口数据竞赛”中获得好成绩。这个系统将帮助丧失运动能力但大脑功能正常的残疾人通过自己的思维直接操控假肢。神经工程学的兴起促进了神经科学的发展，推动了对人脑思维能力的认识和利用。
（三）仿生学促进工程技术学的发展
生命科学、物质科学、认知科学、纳米技术、信息技术、能源技术和制造技术将在２１世纪得到突飞猛进的发展。这些科学和技术的发展有许多是来自仿生学的启迪。仿生学问题来自工程和技术的难题和需要。人类对自然的仿生绝不是简单的临摹，而是依据人类的认知和工程与技术需要对自然主动的同化和建构，即所谓的“神似”。例如，在汽车生产中进行了大量的仿生应用：大众汽车的仿甲虫外型、保时捷汽车鸭式的后尾、奔驰车模仿蜜蜂眼睛的车灯等。２００５年７月，Ｍｅｒｃｅｄｅｓ－Ｂｅｎｚ公司推出的一款车身仿豹纹箱鲀（ｓｐｏｔｔｅｄｂｏｘｆｉｓｈ）的汽车，与同样动力的汽车相比，性能明显得到提高，在０．８秒内速度可从０达１００公里／小时，最大速度可保持在１９０公里／小时，并可以降低能耗。为什么汽车的轮胎、坦克的履带粘附，而蜣螂推粪球时不被粘附？这个问题来自机械工程技术人员而不是生物学家。减粘脱附是机械工程中的一个重大科技难题。粘附严重地降低机械作业的质量和工作效率，增大能
耗。目前的减粘脱附技术和方法，例如连续向工作部件注入气体或液态润滑剂的充注法、加热土壤和工作部件界面来减少粘附力的热脱附法、使土壤内的水分迁移到界面达到脱附作用的电渗法、向工作部件表面添加震动或刮削式附件的震动或刮削式脱附法，以及改变部件表面涂层等方法都不如人意。
吉林大学的任露泉等人选择与蜣螂推粪球行为最相关的头部唇基进行研究，仿其非光滑表面设计的推土板和犁壁有良好的脱附作用。在相同土壤的耕地实验中，与普通２０钢光滑犁相比，仿生２０犁降阻１２．７％；与普通３５钢滑犁相比，仿生３５犁降阻１８％，省油１２．６％。非光滑表面减粘脱附机制在于它能有效地减少土壤粘附表面，降低界面的空气负压，限制连续水膜的形成并改善界面的润滑。非光滑表面理论不仅促进对生物体表形态构筑的认识和研究，也解决了工程技术难题。仿生学促进工程技术学发展，使一些梦想成真。例如：昆虫复眼有极高的时间分辨率，仿其制造的雷达提高了对飞行器速度的测量；人们称鹰眼为“神目”，其视网膜上的感光细胞对亮度、边缘、方向以及运动有特殊的敏感，美国Ｅ－２型鹰眼预警机安装了仿鹰眼雷达系统，提升了探测能力；模仿蝙蝠超声波定位功能的雷达和模仿海豚回声定位系统的声纳，都特异地提高了现有仪器的灵敏度、稳定度和信噪比。利用航天技术，科学家研发出超精细人造陶质光感受细胞。直径２ｍｍ的微芯片可被植入人的视网膜内，极大地改善视觉残疾人的视力。目前最理想的对感受器的仿制当属仿生耳，即人工耳蜗。人造的电子声音感受器替代损伤的毛细胞，按音调定位地被植入内耳的耳蜗上，按“局部振动和行波学说”机制翻译声音的信息。经过调制和练习，这种人工耳蜗可修复聋者的听力。触觉感受器和运动状态反馈系统仿生学的研究，将进一步使机器人的步态平稳并抓握适度。
隐形技术是重要仿生内容。一些动物使用保护色和拟态，把自己装扮得与外界环境中的物体惟妙惟肖以逃避敌害。最典型的例子是枯叶蝶。枯叶蝶翅两面的色彩不同，正面鲜艳，背面褐色，间有深色条纹，落在树枝上时两翅合拢，翅的背面向外，模样像一片枯叶。人类的伪装大多来自战争的需要。神出鬼没，出奇制胜，是历代兵家所追求的理想。第二次世大战中，交战的双方都广泛地使有了各种各样的伪装术。英国军队在北非与意大利法西斯军队的战争中，为了迷惑敌军，掩盖自己军力的不足，在沙漠利用各种各样材料制造假坦克、假汽车、假工事。使得本来英国军队因为兵力不足而只能发动的偷袭战变成了进攻战，大败意军。这是第二次世界大战中盟军的首次胜利。“销声匿迹”一直被认为是异想天开。今天随着科技的发展，这个幻想正步步逼近现实。猫头鹰无声的飞行在鸟类堪称一绝。它可以悄悄地飞来，再悄悄地飞去，于无声中完成猎杀过程。猫头鹰无声的飞行得力于它的翅膀结构和飞行动作。猫头鹰的翅膀轻而宽大，可以缓慢振动翅膀和长距离的滑翔；其翅膀的大约７千根羽毛排列有序，飞行中羽毛间少有摩擦；翅膀前沿的羽毛呈锯齿状，不但保证飞行的平稳，还可消除飞行中产生的空气湍流。英国南安普敦大学航空学和航天学教授杰弗里－里尔利研究猫头鹰的无声飞行，在弗吉尼亚的美国航空航天局兰利研究中心，从事静音航空器技术（ＱｕｉｅｔＡｉｒｃｒａｆｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）的研究。
美国８０年代的Ｂ－２隐形轰炸机，以及目前的Ｆ－２２和Ｆ－３５隐形飞机等，模拟猫头鹰采用轻而宽大的机翼，大量使用了锯齿状边缘结构的消声技术。自从英国人成功地用胶合板制作的“蚊”式轰炸机骗过德军雷达后，如何躲避敌方雷达的观测成为现代隐形技术和隐形武器一个重要研究目标。自然界是“物竞天择，适者生存”。夜蛾与蝙蝠的“斗法”为我们提供了许多启迪。夜蛾有三种
手段使其能在蝙蝠的超声波中逃生。其一，夜蛾胸、腹间凹处的鼓膜器对蝙蝠的超声波非常敏感，是专门截获蝙蝠超声“雷达”波的感受器，一经发现，夜蛾就采取不规则飞行，逃之夭夭；其二，夜蛾身体表面披有绒毛，这些绒毛可以吸收蝙蝠的超声波，减少其反射；其三，夜蛾的足部关节上有一种振动器，能发出一连串噪声，干扰蝙蝠的超声定位。这三种手段都被广泛地应用在武器研发和战争中：飞机和舰船安装了敏感的雷达波监视仪；信息对抗中大量使用电磁波干扰；新型战舰的设计理念是如何拥有极佳的隐身性能，不仅舰体仿海豚，上层结构低矮平滑而内倾，缩小雷达反射面积，外表还使用有吸收雷达波功能的涂层。随着隐形武器的快速发展和大量使用，隐形战争正大步向我们走来。国外军事专家预言：到２０２０年，隐形武器会系列化，“隐形战场”会随之出现。届时，隐形武器将会主宰未来战场。面对这种前所未见的“隐形战争”，我们只有积极应对，加快发展，迎头赶上，才不会在它真正到来时束手无策，坐以待毙。
（四）仿生学的前景展望
控制论（Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ）提出者维纳认为，“在已经建立起的科学部门间的无人的空白区上，最容易取得丰硕的成果”。交叉学科的仿生学最容易取得丰硕的研究成果。仿生学随着科技与经济的发展而发展，也必将极大地推动未来学科和经济的发展。２００１年１２月３￣４日，美国商业部、国家科学基金会和国家科技委员会纳米科学工程与技术分会联合发起的由科学家、政府官员和产业界技术专家参与的圆桌会议，就“提升人类能力的会聚技术”进行研讨，提出一个ＮＢＩＣ理念。ＮＢＩＣ是Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（纳米技术）、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（生物技术）、Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（信息技术）和Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（认知技术）的缩写。
ＮＢＩＣ会聚技术的重大意义在于：以上四个领域的技术在当前都迅速发展，每一个领域都有巨大潜力。而其中任何技术的两两融合、三种会聚或者四者集成，都将产生难以估量的效能。与会者认为，ＮＢＩＣ会聚技术将缔造全新的研究思路和全新的经济模式，大大提高整个社会的创新能力和社会生产力水平。仿生学目前的发展态势不仅应和了ＮＢＩＣ会聚技术，后者也将是仿生学发展的主要方向。路甬祥院士在第２２０届香山会议上以“仿生学的意义与发展”为题，做主题报告。他指出：人的创造欲是科技创新的根本动力，自然和社会是我们认知和创新服务的对象，也是我们学习的最好老师。仿生学的意义在于：将生物３５亿年进化的结果作为发明的参考；将３５亿年演化形成的生物多样性作为技术方案选择的宝库；将３５亿年演化形成的脑与神经系统结构与功能作为认知研究和智能机器的最好示范；将３５亿年演化形成的生命现象中的精妙和多样的微结构和微系统作为微、纳米结构和微系统技术的极好参照；将３５亿年形成的生物在复杂环境中感知、判断、捕食、伪装、轨避能力和适应机制作为传感、判断、控制、隐身、环境适应等技术的最好学习对象……。他认为：
（１）经过３５亿年进化的生物世界是技术创新不可替代、取之不竭的知识宝库和学习源泉；（２）仿生学多学科的交叉，需要，尤其需要生命科学家和多学科技术科学专家的共同关注与参与；（３）仿生科学有无止境的前沿，正向微观、系统、智能、精细、洁净方向发展；（４）重视并创新仿生学，是提升科学技术原始创新能力的一个重要方向。仿生学将为我国科学技术创新提供新思路、新原理和新理论。为适应我国科学和技术源头创新的需要，进一步推动我国经济
和社会实现跨越式发展，我们应以积极主动的姿态迎接全球性竞争和挑战。
参考文献
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［２］杜家纬．仿生梦幻［Ｍ］．郑州：河南科学技术出版社，２０００．［３］ＬｕｃａｓＷＦ．生命科学模型［Ｓ］１．长沙：国防科技大学
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［５］戴振东，张昊，张明，代良全，孙久荣．非连续约束变结构机器人运动机构的仿生：（１）概念及模型．科学通报，２００７，５２
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［7］李建桥，任露泉，刘朝宗，陈丙聪．减粘脱附仿生犁壁的研究．农业机械学报，１９９６，２７（２）：１￣１
浅谈仿生设计 一、仿生设计的概念和作用 仿生设计是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门设 计学科，它还是以自然界万事万物的功能、形态、色彩等为研究对象，进行综合的想象与分析，为设计提供新的思想、新的方法，利用创造性思维把自然界有形和无形的规律表现出来的学科。1．仿生设计是使现代工业设计能够更好的满足市场的需要仿生设计对丰富多样的自然生物的模拟与创造，带来了设计丰富多样的设计产品，为市场和消费提供了更多的选择性。仿生设计促进了现代工业设计的更新与发展。现代设计一直以来注重产品的功能价值，推崇功能主导形式主义设计观。而仿生设计运用形态主导产品设计，是产品更具视觉冲击力和美感特征，使生产出的产品更具市场竞争力。同时仿生设计还表现了丰富的文化、趣味和情感意象，给予更符合人性化的特点，使人们在购买的同时还感受到了快乐，感受到了趣味无限的感觉。仿生设计借助于其他的科学的研究成果，在其基础上发挥想象的空间，把艺术与科学紧密的结合在一起，将仿生设计推向了更高的一个层次，使其发展更具科学性，在计中更增加了影响力。 2．仿生设计是促进人与自然和谐统一的需要仿生设计可以说是现代设计发展的一大进步，它是将大自然的美以设计的表现形式在人类生存方式中的反映。加强仿生设计的训练与完善，将其运用到人 们生活的各个方面，把人类与大自然紧密结合起来，已经是现代社
会的必然需要。实际上，大自然的奥秘无穷无尽。自然界的万物的形成和变化都是遵循着自然的规律而变化的，人也不例外，仿生设计就是把人和自然界的其他的生物相结合而产生并发展的，所以仿生设计也是遵循着自然发展的规律的。仿生设计以它独有的设计观念与设计方法，不断去探索人与自然的关系。坚持体现人类对现实世界的好奇心和对反映现实世界形象的执着追求，以至达到人类社会与自然达到高度的和谐统一。 二、仿生设计的产生发展过程 仿生学的诞生与发展过程分为4 个时期:仿生学萌芽时期;仿生学建立时期;仿生学巩固时期;现代仿生学时期。 1仿生学的萌芽时期(远古时代至1940 年) 在人类文明的早期,为了生存,人类不得不对其赖以饱腹的动植物的生活习性以及周围世界的各种自然现象进行观察。因此,从远古时代起,人们实际上就已在从事仿生学工作。 2 仿生学的建立时期(1940～1960 年) 20 世纪40 年代,工程技术领域中出现了调节理论,人们开始在一般意义上把生物与机器进行类比,认识到二者具有自动调节系统。。随着“信息论”和“控制论”这两门学科的结合与渗透,人类就为自已找到了一条新的技术发展道路———向生物界索取设计蓝图,并于1960 年9 月诞生了一门新的交叉科学———仿生学 3 仿生学的巩固时期(1960～1990 年)
仿生学的例子 1。由令人讨厌的苍蝇，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。 2。从萤火虫到人工冷光； 3。电鱼与伏特电池； 4。水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。 5。人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹，防止以假乱真。 电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场，它能监视飞机的起飞与降落，若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报。在交通要道，它能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。 6。根据蝙蝠超声定位器的原理，人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今，有类似作用的“超声眼镜”也已制成。 7。模拟蓝藻的不完全光合器，将设计出仿生光解水的装置，从而可获得大量的氢气。 8。根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究，已仿制了人力增强器——步行机。 9。现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。 10。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。 11。船桨模仿的是鱼的鳍。 12。锯子学的是螳螂臂，或锯齿草。 13。苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。 14。嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。 15。壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。 16。贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固，这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。 好运 生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。 响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。 火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。 科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。 科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。
1、鸟在天空飞翔：制造了各种飞行器。 2、蜜蜂造巢窝：各种正六边形的蜂巢结构板材。 3、每只蜻蜓的翅膀末端，都有一块比周围略重一些的厚斑点，这就是防止翅膀颤抖的关键。飞机设计师研究苍蝇、蚊子、蜜蜂等的飞行方法，造出了许多具有各种优良性能的新式飞机。4鲸：外形是一种极为理想的“流线体”，而“流线体”在水中受到的阻力是最小的。后来工程师模仿（fǎng）鲸的形体，改进了船体的设计，大大提高了轮船舴的速度。 5、蛋壳：能够把受到的压力均匀（yún）地分散到蛋壳的各个部分。建筑师根据这种“薄壳结构”的特点，设计出许多既轻便又省料的建筑物。 6、6、袋鼠：会跳跃的越野汽车， 7、7、贝壳：外壳坚固的坦克……鱼儿在水中游荡：学会了游泳，发明潜艇。 8、8、连体鲨鱼装：第一代鲨鱼装模仿了鲨鱼的皮肤，在泳衣上设计了一些粗糙的齿状突起，以有效地引导水流，并收紧身体，避免皮肤和肌肉的颤动。第二代鲨鱼装又增加了一些新的亮点，加入了一种叫做“弹性皮肤”的材料，可使人在水中受到的阻力减少4%。 9、9、大乌背小乌龟：转动炮塔的坦克。 10、10、让盲者见到光明：在植入了微小的仿生视网膜之后，3位失明患者不仅看到了明灭或者移动的光点，甚至还成功地用眼睛区别出杯子和盘子。 11、人工合成蛛丝：蛛丝含有一种纤维蛋白，这种蛋白质和存在于毛发和羊角中的角质蛋白相似。这种蛋白分泌出来后开始变得坚韧。通过精细的平衡水的含量，蜘蛛和蚕可以防止纤维蛋白过快固化。 12、蜻蜓-飞机； 13、青蛙—快速扫描系统 14、苍蝇-气味探测器
15、螳螂—镰刀电鱼与伏特电池。经过对电鱼的解剖研究，发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的伏打电池。 16、水母耳朵：水母耳风暴预测仪，相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。 16、动物仿生学 17、生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。 18、响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。 19、火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。 20、科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。 21、科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。 22、白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆，还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂。于是人们按照同样的原理制造了工作的武器—一块干胶炮弹。 23、美国空军通过毒蛇的“热眼”功能，研究开发出了微型热传感器。 24、我国纺织科技人员利用仿生学原理，借鉴陆地动物的皮毛结构，设计出一种KEG保温面料，并具有防风和导湿的功能。 25、根据响尾蛇的颊窝能感觉到0.001℃的温度变化的原理，人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹。 26、人类还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯。 27、人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”。 28、科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具。
仿生学论文 10级生物科学 1009210117 张荣华
摘要 自然界生物在漫长的进化过程中优胜劣汰，为了生存、自卫、竞争和发展的需要，强化了自身许多优异的结构和特殊功能。人们模仿生物界的这些结构特征,将它们应用于自身的斗争,即军事斗争中。利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学。解决在日常的生产生活中遇到的问题，制造多种探测、斗争武器。 关键词：生物结构特殊功能实践运用军事
一.仿生学简介 仿生学（bionices）在具有生命之意的希腊语言bion上，加上有工程技术涵义的ices而组成的词语。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。 1.历史由来自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使 它们能适应环境的变化，从而得到生存和发展。劳动创造了人类。人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中，促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展。因此，人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本领。 鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。 2.研究方法仿生学是生物学、数学和工程技术学互相渗透而结合成的一门新兴的边缘科学。第一届仿生学会议为仿生学确定了一个有趣而形象的标志：一个巨大的积分符号，把解剖刀和电烙铁“积分”在一起。这个符号的含
仿生学研究报告上传
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《自然界材料构筑科学与 创新思维》研究报告 指导教师: 学号：姓名:
目录 一、仿生学概念 二、自己对仿生学的理解 三、仿生学的应用 1.利用动物体的特性 （１）利用鱼鸟的特点为火车入隧道过程降噪 (2)利用鲨鱼皮表面的特点进行抗菌 （3）利用珊瑚体秘方减少二氧化碳的排放（4）学习小生物如何从雾气中获取水分2.利用植物体的特性 (１)利用树沿压力线重组的特性构造轻量化材料 （2）利用叶子的光合作用制造太阳能电池（３）利用荷叶表面的特性制造防雨工具（４)王莲能够托起超重物体 3.利用细胞特性 (1)利用细胞膜的特性制造去盐薄膜 四、小结
一、仿生学的概念 仿生学是指人类模仿生物功能，来发明创造的科学。它是一门新型边缘学科。研究对象是生物体的结构、功能和工作原理,并将这些原理移植于人造工程技术之中。该学科的问世，大大开阔了人类的技术眼界,显示了巨大的发展潜力,是人类智慧的结晶。 二、自己对仿生学的理解 仿生学就是通过理解动物的自身特性，以及它们利用这些特性所做出的利于自己生存的本领,再经过人类能动性的思考,抽象出前所未有的新思想新概念，最后利用联系的思想加以应用于人类的生活和生产,为人类创造便捷和更有突破的生活方式。我们的生活、生产中不缺乏一些例子。例如,我们平时最讨厌的在空中到处乱飞的苍蝇,利用苍蝇的鼻子嗅觉原理可以制作小型的气体探测仪,利用苍蝇的楫翅(又叫平衡棒)进行模仿,将它制成了“振动陀螺仪”，应用到了火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶;利用蝙蝠发出的超声波可以与障碍物反弹的原理制成了制造出了雷达,应用到了飞机航空中。萤火虫腹部的发光器中的荧光酶的作用下,荧光素在细胞内水分的参与下,与氧化合便发出荧光，正是利用这样的原理，创造了日光灯．.．.．. 像这样仿生学的例子数不胜数。接下来,让我们具体看一看仿生学的应用。
自然的奥秘与仿生学 课程论文 《浅谈仿生眼及其在现代医学中的应用》 姓名：王振国
学号：201300110089 专业：化学类 年级：2013级 班级：化学1班浅谈仿生眼及其在现代医学中的应用 仿生眼简介
仿生眼，又称电子仿生眼（eyeclops bionic eye ）设备包括一副装有摄像头和信号传送器的眼镜、一个视频处理器、一个信号接收器和一个电极。佩戴这种眼镜前，患者首先要接受眼部手术，将一个极薄的电子信号接收器和电极板植入视网膜上。电子仿生眼是运用仿生学原理，模拟人眼的成像原理，帮助失明患者重新获得视觉能力的仿生科技产品。 仿生学原理 一、人眼成像仿生原理 人眼成像原理图如下，所取的距离为250米，则人眼成像见下图： 自然界各种物体在光线的照射下，不同颜色可以反射出明暗不同的光线，这些光线透过角膜、晶状体、玻璃体的折射，眼球中的角膜
和晶状体的共同作用，相当于一个“凸透镜”，在视网膜上形成倒立、缩小的实像，构成光刺激。视网膜上的感光细胞（圆锥和杆状细胞）受光的刺激后，经过一系列的物理化学变化，转换成神经冲动，由视神经传入大脑层的视觉中枢，然后我们就能看见物体了,经过大脑皮层的综合分析，产生视觉，人就看清了正立的立体像。 人的眼睛是个复杂的成像系统，而人的大脑像CPU处理这些图像，让人能在视觉上感知到图像。人眼成像最主要的是晶状体和视网膜。晶状体调整眼睛的焦距是光束集中到富有视锥细胞和视柱细胞的视网膜上，在进行光电（生物电）变化，由视觉神经把信号传至大脑生成图像。人类的目标就是能制造出能过可以和眼睛相媲美的视觉系统，这是机器智能化的关键部分。 二、电子眼就是一套摄像系统
基于仿生学的智能计算浅谈 摘要：本文介绍了仿生学智能计算的自然及数学原理，同时分析了基于仿生学的智能计算的几种经典的算法，最后就仿生学智能计算的发展方向提出了一点个人见解。 关键词：仿生；智能；算法；蚁群算法；遗传算法；人工神经网络 中图分类号：tp183 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 (2011) 22-0000-01 intelligent computing based on bionics zhang guangshun (school of information science,jiujiang university,jiujiang 332005,china) abstract:this paper describes bionics intelligent computing and mathematical principles of natural,simultaneous analysis of intelligence based on bionic algorithm for the calculation of several classic,and finally the development of intelligent computing the direction of bionics made a personal opinion. keywords:bionic;intelligent;algorithm;ant colony algorithm;genetic algorithm;artificial neural network 一、仿生学智能计算的原理 （一）自然原理。达尔文在进化论中提出，大自然中的生物“物
眼睛与仿生学教案 一、教学目标 （一）了解课文提及的人和动物的眼睛构造与功能的特点及其与仿生学的关系。 （二）理解本文的说明顺序，掌握分类、举例、比较等说明方法。辨识分析说明与综合说明。 （三）领会说明文语言的科学性、准确性。 （四）培养学生对科普读物的阅读兴趣，使学生初步具备独立阅读和分析科普读物的能力。 二、难点、重点分析 （一）本文是按什么样的说明顺序进行说明的？ 分析：本文说明顺序是由一般到特殊、由简单到复杂。视觉仿生的依据是眼睛，而人们最熟悉、印象最深的，便是人的眼睛。所以，作者从人眼的构造与功能及其在仿生学中的意义谈起，然后再谈一些动物的眼睛及其特殊功能。这样的说明顺序易于为读者理解。从眼睛的构造来说，一般眼睛的构造比复眼要简单，所以作者先从一般眼睛谈起，然后再介绍复眼的构造及其在仿生学中的意义。这样由浅入深地说明事物，符合人们的认识规律。本文的分析说明基本上有三个步骤：先说明某种眼睛的某种特点，然后说明仿生学意义，最后讲应用及科研情况。眉目很清楚。 课文的整体结构采用的是"总-分-总"的形式。开头1～3段是引言部分，总提人眼和动物眼睛在构造和功能上有许多特殊之处，从中得到的启示对发展现代科学技术有重要意义。第4～14段是文章的主体部分，分别介绍了人眼和几种动物眼睛在仿生学上的作用。这一部分可分为两个层次：第一层次（第4～9段），谈人眼以及动物一般眼睛的研究及其意义；第二层次（第10～14段）谈复眼的研究及其意义。最后第15、16段，概括出仿生学的定义，指出它的任务，并介绍了它的研究范围、类别和发展重点。 （二）本文语言有什么特色？ 分析：本文的语言特色是准确、严密和简明，用词注意分寸，决不含糊其词更不任意夸大。比如谈到有关视觉仿生学的研究成果时，模仿象鼻虫眼睛的特殊功能而制成的"地速计"，根据蜜蜂的眼睛能看到偏振光的原理而制成的"偏光天文罗盘"，模仿蜻蜓等昆虫的复眼的特殊结构而制成的"复眼透镜"等，都是已经取得成果并已在实践中应用
1、1体温得测量方式及正常值 生命指征得定义 三种测量体温得方法:1、口测法2、肛测法3、腋测法 体温正常变化范围 体温异常 发热程度 1、1、2仿生学得起源 1、2仿生学得诞生 仿生学得定义就是1960年提出 1、3仿生学与科技创新得关系 仿生学就是科学与技术原始创新得不竭动力。 1、4、1仿生需求(一) 仿生需求:1、健康需求2、军事需求3、发展需求4、精神需求5、兴趣需求 1、4、2仿生模本(二) 仿生模本:1、生物模本2、生活模本3、生境模本 1、4、3仿生模拟(三) 仿生模拟:1、形似模拟2、神似模拟 1、4、4仿生制品(四) 仿生制品:1、非生命得仿生制品2、生命零部件得仿生制品 第二章从灵感到制造得创新过程——仿生学得研究方法 2、1生物模本分析 生物体→生物模型→数学模型→实物模型→技术装置 问题提出→典型生物体分析→建立生物原型 2、2仿生原理分析 仿生原理分析: 形态、成分、生物电、分泌物、弹性与柔性、生物活性 2、3实物模型建立 实物模型建立: 1、建立数学模型:数理统计、有限元、试验优化、分形分维、灰度分析、层次分析、动态过程、模型分析 建立实物模型:推土部件、铲装部件、耕作部件、储运部件 建立实物模型:推土部件(推土铲、推土板) 铲装部件(挖斗、铲斗) 耕作部件(犁壁、深松铲) 储运部件(步行轮、气垫车、驼蹄轮胎、自卸车箱) 第三章适者生存——军事仿生 3、1、1仿生武器装备1 军事仿生学研究方法(3阶段,3研究方法) 生物结构与兵器制造; 1、模仿生物得生物结构制造十八般武器:刀、戟、抓鞭与锏 3、1、2仿生武器装备2 飞机与鸟与昆虫蜻蜓可作长时间得悬停,苍蝇可以随意转变方向每根羽毛有专属得肌肉,鸟得喙就是中空得,鸟类全身设计都就是为了飞行 奥拓利林塔尔:滑翔机之父莱特兄弟1903年:飞行一号信天翁;展翅比飞机震颤问题军用飞机:歼击机、轰炸机,无人机 3、1、3仿生武器装备3 潜艇与鱼与海兽下潜与上浮水母,乌贼,鱼最初就是在水柜里冲水戴维布什内尔:美国第一潜艇Tuetle(1776) 富尔顿(1801—法)鹦鹉螺号动力: 人力电动机—柴油/汽油发动机速度与动力利用效力海豚:外表皮层,乳突在真皮层, 40~48公里每小时,70~100公里每小时冲
探讨仿生原理与创新设计（小二号，黑体） 学□□生：×××（五号，宋体） □□摘□要：（小四号，黑体）（正文：五号，宋体） □□关键词：（小四号，黑体）（正文：五号，宋体） □□那些仔细观察过大自然的人，肯定会对各种不同形状和颜色的动植物非常熟悉，而且会清楚地知道哺乳动物、鸟类和昆虫身体构造的区别。各种动物具有不同的身体构造，这种现象绝非偶然。在漫长的过程中，大自然创造了不同种类的动物和植物，通常情况下，它们都可以很好地适应周围的生存环境。我们将这样的进程称为进化过程。 动植物与各种工程技术产品之间存在着一些共同点，即工程技术产品也必须与其使用的环境相适应。例如，我们无法穿着精致的高跟凉鞋去登山。 这样，人们开始为日常生活中碰到的很多问题，寻找聪明的解决办法。对动植物的观察可以使人获得启发，从而找到解决问题的办法，并将其转化到技术中。仿生学就是这样产生的。 一、仿生学（一级标题顶格书写）（小三号，黑体） □□（正文：小四号，宋体） （一）大自然带来的启发什么是仿生学？ 仿生学是由“生物学”和“技术”这两个概念组成的。生物学是研究生命体的科学，因此仿生学是将生物学和工程技术相结合的交叉学科，也可以将仿生学描述为：从大自然中获得灵感，然后用它来发明新技术。 那些仔细观察过大自然的人，肯定会对各种不同形状和颜色的动植物非常熟悉，而且会清楚地知道哺乳动物、鸟类和昆虫身体构造的区别。各种动物具有不同的身体构造，这种现象绝非偶然。在漫长的过程中，大自然创造了不同种类的动物和植物，通常情况下，它们都可以很好地适应周围的生存环境。我们将这样的进程称为进化过程。 动植物与各种工程技术产品之间存在着一些共同点，即工程技术产品也必须与其使用的环境相适应。例如，我们无法穿着精致的高跟凉鞋去登山。 这样，人们开始为日常生活中碰到的很多问题，寻找聪明的解决办法。对动植物的观察可以使人获得启发，从而找到解决问题的办法，并将其转化到技术中。仿生学就是这样产生的。 （二）仿生学研究的主要内容 力学仿生，是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如，建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的立柱，既消除应力特别集中的区域，又可用最少的建材承受最大的载荷。军事上模仿海豚皮肤的沟槽结构，把人工海豚皮包敷在船舰外壳上，可减少航行揣流，提高航速； 分子仿生，是研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激
仿生学作文 许多动物的尾巴都有保持平衡的作用，像小松鼠在很高的树上跳来跳去，就是靠大尾巴来保持平衡的。 小猫经常在树上或屋顶上跑来跑去，动作又快又灵活，也不会摔伤，那么为什么小猫从屋顶上跳下来不会摔伤呢？ 我上网查了查资料。原来，小猫具有很好的平衡能力，它从高处往下跳的时候，总是脚先着地，身体站得稳稳的。小猫的尾巴也能帮助它保持平衡，还有啊，小猫的脚底长有一层厚厚的肉垫，就像穿上了柔软的运动鞋，所以小猫从高处跳下来时不会摔伤。 根据这个启示，我有了一个新奇的想法，那就是：我想发明一种运动鞋。这种鞋是专门为小孩子设计的，小孩天生就是活蹦乱跳的，在他蹦跳的同时难免会因为没站稳而磕伤膝盖或胳膊，这双运动鞋就解决了这个问题。鞋子的鞋底，最底层是硬的。但中间层是软的，穿着非常舒适，当小孩子从高处跳下来时，这种鞋还有一种保持平衡的作用，所以落地时也会站得稳稳的、轻轻的，就像小猫一样。 这种鞋的图案也是小孩子最喜欢的“喜羊羊与灰太狼”的图案，颜色也有很多种:有白色的、有黑色的、有淡蓝色的、还有浅紫色和浅粉色等等。我想如果真有这样的鞋发明出来，应该会很受广大市民欢迎的吧？ 回音壁与仿生学 有一天，我和爸爸站在山顶上，看着眼前的美景，情不自禁地大叫起来，这时，传来了一阵阵回声，爸爸就给我讲起了北京的回音壁。 “北京的回音壁是一个声学建筑物，只要向回音壁小声地说一句话，在另一边的人也能听得到，这就是回音。因为声音像光一样，也可以反射回来。” “那为什么站在小屋子里就听不到回声了呢？”我问道，“因为房子太小，反射回来的声音用时太短了，基本上跟原来的声音重合在一起难以分辨。如果站在一间大屋子里说话就能听见回声了，这是因为反射回来的声音时间长，跟原来的发声就有了足够的时间间隔。人们通过回声的原理，发明了超声波探测仪，这就是仿生学原理。” 仿生学还有很多例子，如人们通过长“牙齿”的草发明了锯东西的锯子，贝壳内的蛋白质生成的胶质非常坚固，于是可以用它来做外科手术的缝合线……。 大自然是人类的老师，给了我们许多启示。我们要用锐利的眼睛去观察它，才会产生一个又一个的奇迹。
仿生学的例子 仿生学的例子（1）： 蝙蝠与雷达 蝙蝠会释放出一种超声波，这种声波遇见物体时就会反弹回来，而人类听不见。雷达就是根据蝙蝠的这种特性发明出来的。在各种地方都会用到雷达，例如：飞机、航空等。 仿生学的例子（2）： 苍蝇与小型气体分析仪 令人厌恶的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉个性灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢原先，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。 每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。 仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把十分纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱气体的成分。 这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改善计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。 仿生学的例子（3）： 鲸的前鳍--神奇能量的秘密！ 座头鲸前侧有垒球般大突起的前鳍，能够划过水面，让它悠游在海洋里。但根据流动力学原理，这突起就应会妨碍前鳍的运动。 根据他的研究，费雪为风扇设计具突出边缘的叶片，叶片划过空气的效率比一般标准的风扇高百分20。他成立一家叫鲸鱼能量的公司来生产他的产品，很快地会将这项节能的技术授权给世界各地的公司工厂。但费雪心中的大鱼是风力能源。他相信只要加一些结节在涡轮机的叶片上将会改善整个产业，使得风力的价值更胜以往。 仿生学的例子（4）： 斑马与斑马线 斑马生活在非洲大陆，外形与一般的马没有什么两样，它们身上的条纹是为适应生存环境而衍化出来的保护色。在所有斑马中，细斑马长得最大最美。它的肩高140-160厘米，耳朵又圆又大，条纹细密且多。斑马常与草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鸵鸟等共处，以抵御天敌。人类将斑马条纹应用到军事上是一个是很成功仿生学例子。 仿生学的例子（5）： 蝴蝶与人造卫星 五彩的蝴蝶锦色粲然，如重月纹凤蝶，褐脉金斑蝶等，尤其是萤光翼凤蝶，其后翅在下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。科学家透过对蝴蝶色彩的研究，为军事防御带来了极大的裨益。在二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施。联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的状况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理，在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此，尽管德军费尽心机，
[据大众科学网站2011年9月15日报道]海洋研究、海中航行、海床测绘、目标追踪等行为均需要依赖声音来进行正确定位，声音在目前仍然是水下传输信息的最佳媒介。受到逆戟鲸耳朵的启发，来自美国斯坦福大学的科学家Kilic正在研发一种独特的水下传声器，该传声器既能够听到最安静的声音，也能够听到最吵闹的声音，甚至可以在水下6英里、压力是水面1000倍的深度下工作。 一些能够在深海中游弋的鲸鱼，如逆戟鲸，能够改变自身内耳的压力从而和周围环境相适应，这种能力使逆戟鲸在水下听的更加真切。科学家们想要研发的水下传声器能够实现同样的功能。该水下传声器的传感器中有三层硅材料薄膜，每层薄膜的厚度都是人类发丝直径的百分之一，薄膜上有数千个微孔，水能够在这些微孔中通过。随着传感器工作深度越深，流进薄膜内的水也越多，在平衡内外压力的同时也使传感器对于外界声音的探测更为敏感。然而，在解决了一个问题的同时，一个新的问题接踵而至。当接触到声波的时候，硅材料薄膜会产生十分微小的位移，尤其在深海的时候现象更为明显，这是由于水的不易压缩性造成的。海洋中最安静的声音能使薄膜产生0.00001纳米的位移，这相当于原子直径的万分之一。由于产生的位移过于微小，该研究方案似乎走进了死胡同。然而有方法证明利用激光能够准确测量到薄膜产生的位移。 在科学家制造出的水下传声器样机中，一条可分支的光纤电缆被引入进来：其中一分支可以发射激光，另外一分支则是光学探测器。激光对薄膜进行照射，薄膜将激光反射到光学探测器上，这就对声音实现了探测的目的（具体实现原理见上图）。水下传声器能探测到160分贝以内的声音，这意味着从图书馆内的窃窃私语到60英尺外TNT炸药的隆隆爆破，这些声音利用水下传声器都可以完全无损的探测到。在低频端，水下传声器能够探测到地壳运动的声音；而在高频端，它能够探测到水分子撞击传感器的声音。 仿生船舶魅力无限 目前世界上最快的船艇其速度也赶不上大多鱼类的游速，鱼儿行动速度之所以快，原因是多种多样的。鱼儿都有流线型的“身材”，皮肤表面非常光滑，这使得它们受到的摩擦阻力非常小。所以现今生产的高速船大都具有流线型光滑的外表。另外，海豚之所以游得快，还和其有特殊的皮肤结构有关。物理学表明，水接触坚硬的东西，水流则会产生混乱现象，会增大水的阻力；相反，若水接触的是柔软且具有极微细不平的表面时，则会消除水流混乱现象，从而减少水的阻力。海豚皮肤表面就比较柔软且具有弹性，人们模仿海豚的皮肤构造，用橡胶制成了人造海豚皮，装在潜水艇上，使湍流减少了50%，从而大大提高了潜艇的航行速 度。 德国研究新型船舶仿生涂层 出处：大公报编辑：国际船舶网发布时间：2010-5-7 08:32德国波恩大学近日发表公报说，德国科研人员发现了槐叶萍「超级疏水性」的奥秘。如果给船体刷上具有类似疏水性的仿生涂层，可大大降低船只行进过程中与水的摩擦，从而节
小学四年级语文：生物的启示——仿生学的诞生仿生学是向生物学习的科学，是人们有意识地将自然原理加以推广应用的一种思维方法。从生物的结构想到人工产品的结构人们创造了类似茅草的锯子，制成了类似蛋壳的屋顶，建成了类似大树的电视塔。从生物的行为中得到启示学者们研究袋鼠的育儿行为(把幼鼠放进育儿袋中)，美国医学家研制出模仿袋鼠袋的装置，拯救了世界上无数早产儿。从生物的习性中发现其中的价值英国女人类学家古多你在坦桑尼亚的森林中发现猩猩每天要到较远地方去吃几片阿斯辟亚灌木的树叶，经过对叶子的化验、分析，从中提炼出有效成份生产出高效杀菌剂。从生物的形态特征中，启示了人们仿制出鱼雷艇。 近30年来，人们向生物系统索取设计蓝图，使军事、化工、机械、建筑等科学领域发生了根本性的变化，新事物层出不穷：从雪地行走的企鹅，人们发现了越野汽车；利用六角形结构蜜蜂窝，生产出了蜂窝材料；从青蛙突出的眼睛，制造了电子蛙眼等。 科学家们又想到，目前飞机虽飞得高，但在陡然起飞，向上飞升方面不如昆虫；核潜艇的航速还比不上海脉，今天，通过仿生学一定会揭开更多的生物界奥秘，在21世纪将会解决一些重要的科学难题。 生物对建筑的启示 北极熊的御寒外套启示科学家进行节能建筑的研究，法国建立了第一批示范性试验性透明热防护系统；英国建筑师根据蜘蛛网原理，为土耳其的伊斯坦布尔足球俱乐部设计出一座带屋顶的看台；津巴布韦建筑师根据白蚁巢(cho)穴调温的原理建立了一座新型的节能大楼；英国建筑师约瑟根据王莲叶片结构，设计建造了一座顶棚(png)跨度极
大的展览厅，整个建筑很有特点，既结构轻巧，又明亮壮观，还经济耐用。 动物的定向与导航，对于研制新的航空和航海导航仪有很大的帮助。如海龟游出几兆米外,3年后仍可游回原产卵地。海龟的导航系统正在成为航天、航空、航海等研究工作的重点。 酶学仿生也是人们研究的重点。模拟蓝藻的不完全光合器，将设计出仿生光解水的装置，从而可获得大量的氢气。氢是无污染的能源物质，利用光合作用获得氢能源，将引起动力工业的革命。 机器人有应用生物电流的技术装置假手。假手不仅能做动作，而且能够随环境的变化而自动调整动作。
仿生嗅觉系统 班级：生11本1 姓名：廖护婕 学号：1109210139 指导老师：李绥安
仿生嗅觉系统 摘要：仿生嗅觉系统也叫做“电子鼻”，在国防、军事、工业、环保、卫生、安全等诸多领域具有广泛的应用前景。传统的电子鼻是通过对气体传感器阵列的信号响应进行分析从而获取待测气体的种类、浓度、成分等信息。仅仅实现这些功能尚不能满足人们对于电子鼻的需求。因此，近年来研究人员纷纷开始研究如何利用电子鼻来判断气味的方位或者利用搭载有电子鼻的移动机器人来寻找味源的位置。这类电子鼻也就是本文所要研究的味源定位系统。常见做法是设计一个带有分布气体传感器的气味罗盘，利用传感器信号响应差异来判断气味的方向。 关键词：仿生嗅觉味源定位 机器嗅觉是一种模拟生物嗅觉工作原理的新颖仿生检测技术，机器嗅觉系统通常由交叉敏感的化学传感器阵列和适当的计算机模式识别算法组成，可用于检测、分析和鉴别各种气味。 气味分子被机器嗅觉系统中的传感器阵列吸附，产生电信号；生成的信号经各种方法加工处理与传输；将处理后的信号经计算机模式识别系统做出判断。 机器嗅觉历史 人类思索气味的问题至少可以追溯到公元前4世纪的古希腊时代。亚里士多德认为，气味是有气味的物质发出的辐射，被我们感觉到。比亚里士多德稍晚的另一位希腊学者伊壁鸠鲁，在德谟克利特的原子论的基础上解释了嗅觉：不同形状的原子让鼻子感觉到不同的味
道。事实上，人类对气味的追索在一定程度上改变了人类的历史。而且，在人类漫长的进化历史中，感知气味这一功能也影响过我们的命运。 世界上不存在非气味物质。气味是物质的外部特征，能准确地代表物质的本质。无论是高级动物或是低级动物，都具有对周围环境的化学刺激——气味进行感知并做出适当反应的能力。仅以人类自身来说，其日常生活和生产活动都与周围的大气环境密切相关，大气的变化对人类有极大的影响。随着工业规模逐渐扩大，产品的种类不断增多，气体原料和生产过程中产生的气体种类和数量不断境加，环境污染已逐渐影响到人类的生存。任何生物的嗅觉都有一定的感知范围，也必有它的盲区。生物嗅觉的感知范围，仅仅与它的生存需要有关，与生存有益的为正相关，与生存有害的为负相关，与生存无关的气味是它的盲区。也有特殊情况，如氧气、水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳与生存相关，而人对它们无感觉，是因为它们一直存在于空气中，人们不需要刻意寻求或防范它们，所以人的嗅觉中枢删除了它们的气味信号。对人类生存和生产环境中的各种气、气味进行准确的检测是必要的。 随着社会发展须要与科学技术的进步，人类对生物器官机理的研究已经日趋成熟。诸如视觉、听觉、味觉、触觉和嗅觉等生物感官功能的模仿己经被各国科学家广泛研究。人类对嗅觉的研究从最早的化学分析方法发展到仪器分析方法，经历了近百年的发展，仿生嗅觉技术的物质识别能力越来越强，识别率也逐步提高。
仿生学的发展历程 摘要： 自古以来，勤劳的人类就在不断地适应和改变这个环境，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。劳动创造了人类，人类也通过劳动创造了美好的现在，不断地劳动促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展，这也使得人类的能力和智慧远远超过生物界的其他类群。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本领，由此诞生了仿生学。仿生产品已经运用到了人类生活的各个方面，极大促进了社会发展。 关键词：仿生，观察，思考，模仿 （一）仿生学的历史由来 地球上存在的亿万种生物，经过千百万年的进化、发展而来，这使得生物体的某些部位具有最可靠、最灵活、最高效、最经济的能力，为人类的效仿提供了无穷尽的资源。其实仿生一直伴随着人类，早在几千年以前勤劳的炎黄子孙就开始了观察，模仿自然界其他生物来制造工具为人类服务。在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木浆，效仿鱼类，极大改进了船只的效能。春秋战国时代(公元前450～500年),鲁班上山伐木,途中手指被茅草划破,他仔细观察叶片上的毛刺，从中得到启发,经反复试验,终于制成了人类史上第一把锯……但是这些模仿在人类
历史上也只是星星点点，运气占很大成分，限于时代科学技术的落后，使得人类无法了解身边生物的形态构造和生理机能，以至于无法形成一门独立的学科。而真正意义上的现代仿生学诞生的标志是1960 年美国人斯蒂尔根据拉丁文构成Bionics一词，同年在美国俄亥俄州达顿城(Dayton)的一个空军基地召开了全美第一届仿生学讨论会。美国军医Jack Ellwood Steel博士,给这门新兴的学科起了一个名字叫做bionics(仿生学)，并给它下了这样一定义:“仿生学是模仿生物系统的原理以建造技术系统,或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学”,即仿生学就是“模仿生物的科学”[1]。现代仿生学是将通过观察、分析、研究掌握的自然界生物所具有的各种各样的特殊本领模拟、移植到各个工程技术领域中去,为促进人类社会进步发展所用。仿生学需要生命科学、物质科学、信息科学、脑与认知科学、工程技术、数学与力学以及系统科学等许多学科的交叉是一门很难划清边界的大学科[2]。 （二）仿生学的现状 仿生学是一门交叉性的学科，涉及物理学，数学，化学，电子学，生物物理学，生理学，心理学，以及通信，计算技术，建筑工程，航天，航海工程及系统科学等。近几十年来，人类的自然科学突飞猛进，尤其在生命、机械、材料和信息等科学快速发展的今天，各种先进的物理试验仪器发明创造出来，为人们更加系统的研究生物的形态性能，生理功能提供了基础。它不仅给人类的带来创新的理念与方法,也使人类从一个全新的角度观察世界,发现前人未发现的事物,实现科学技
植物仿生学 一、植物仿生学 大自然带给了人类无穷无尽的想象力，启示我们发明创造。人们根据植物的功能、形状等制造了各种各样的工具。源于“叶”的 灵感 ①叶缘启示： 相传春秋战国时期（公元前507年——公元前444年），中国建筑鼻祖木匠鼻祖—鲁班，在上山砍伐途中，攀爬时 手被锯齿草的边缘的齿划伤了，他仔细观察发现，原来叶子边缘有两排锋利的锯齿，于是受此启发，并经反复实践，制成了人类史上第一架带有锯齿的木工锯。
② 叶脉的启示： 浮水植物王莲有“水中花王”之称，一个体重35kg 的人坐在上面也不会下沉， 原来王莲圆形叶片上的直径可达1-2.5米，背面有许多相互交错的叶脉骨架结构， 里面还有气室使得叶子稳定的浮在水面，受叶脉支撑作用的启示，英国著名建筑 师约瑟，以钢铁和玻璃为建材，设计了一个顶棚跨度很大的展览大厅—“水晶宫”， 它既轻巧、雄伟又经济适用，不仅成就了1851年的第一届世博会，也为近现代功 能主义建筑构建了雏形。 植物仿生学
③叶子排列的启示 车前草，叶子在茎上排列成的螺旋状，夹角为137030’30”。一层顺着一层，错落有致。只有这样叶子才能得到最多的阳光。建筑师根据车前草对植物的通风、采光都具有最佳效果的特性，建造了螺旋状的高楼，这样既通风，又使高楼各个部分受到均匀的太阳光。建筑仿生学是大有作为的一门使用科学技术，他将帮助人们征服地下、天空和海洋，建筑蔚为壮观的地下街区、海底乐园和太空体育城。 植物仿生学
④ 叶序的启示 德国波恩大学的科研人员发现，莲叶上有许多非常微小的绒毛和蜡质凸起物。这种粗 糙的叶片是干净的，而表面光滑的叶片反而需要清洗。模仿莲叶的自净原理，人们开发 出具有防污功能的自净涂层产品，其表面会形成类似茶叶的凹凸形貌，构筑一层疏水层。 这样一来，灰尘颗粒只好在涂层表面“悬空而立”，并最终在风雨冲刷下“一扫而净”。 此外，叶面形状也启迪了人们的思维。椰子树很高，叶片巨大，但每遇飓风和暴雨也很 少被折断。研究发现，椰子叶面呈“之”字形，可以承受更大的压力。 据此，建筑师设计出了结构薄、面积大 的楼房顶棚、薄状石棉板等。 植物仿生学
浅谈我国仿生学现状 摘要： 大自然经数十亿年的进化，已形成了最优化的形态结构、最有效的物质代谢和再循环系统、最精确的控制和协调过程。“经过数十亿年的进化和自然选择，自然界的生物为人类的创新提供了天然的宝库！”在历史长河中人们发现一些生物的特殊功能或习性经过亿万年的自然进化不仅完全适应自然而且接近完美，实际上超越了人类在此方面的技术水平。 人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。大自然的奥秘不胜枚举。每当我们发现一种生物奥秘，就有可能成为我们一种新的设计可能性，也可能带给我们新的生存方式，仿生思维就是在大自然中寻找解决问题的方程式。针对其而诞生的学科就叫仿生学。 简而言之，仿生学就是模仿生物的科学。它通过研究生物系统的结构、功能在能量转换、信息处理、生物合成、结构力学、流体力学、定向、导航、探测等许多方面表现出的各种优异的特性，以为设计和建造新的技术设备提供了新原理、新方法和新途径，改善已有的工程技术设备，创造出新的工艺过程、建筑构型、自动装置等技术系统，为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近于生物系统的工程装置。 仿生学是一门高度综合的学科，物质科学、信息科学、脑与认知科学、数学、生命科学、工程技术学、系统科学甚至经济学等等多学科相互交叉、渗透。 1960年9月12日在美国俄亥俄州的空军基地召开了第一次世界仿生学大会,直到此时仿生学才正式确立，仿生学理论的发展使人类的仿生技术得到迅速提高。会议讨论了由生物系统所得到的概念能否应用于人工制造的信息加工系统的问题，即生物学能否与技术工程科学相结合的问题，并把这一新学科命名为“Bionics”。会议还确定了一个有趣而形象的标志：一个巨大的积分符号两边分别连着解剖刀和电烙铁。1963年，中国将“Bionics”译为“仿生学”。 国外在仿生学领域的研究已是硕果累累！由于历史的原因，相比之下，我国就显得落后了，不过，近年来情况似乎有了变化。 关键词：中国仿生学现状 2003年9月19日，中国科学院院长路甬祥在会见陪同德国总统来华访问的德意志研究联合会主席温奈克教授一行时，多次强调仿生学研究的重要性，并准备在一些研究所部署课题。经双方商定，明年"中德中心"将和中科院共同举办仿生学领域的研讨会。 10月，召开了香山科学会议第214次学术讨论会。主题为“飞行和游动的生物力学与仿生技术”。童院士解释说，飞行和游动的生物力学的研究意义在于，其一，生物学家需要了解飞行和游动的力学效应对生物的生理学、生态学、动物行为及进化的相互影响；其二，工程技术专家需要利用仿生力学的研究成果改进人造机器，特别是仿生机器学正迅速崛起，亟需本学科的理论加以支撑。仿生学的研究近年来在国际上异常活跃，不管是《自然》还是《科学》都刊发了相当数量的文章，机器鱼和机器昆虫的研究已形成热潮，我国也应该加入到这个行列中。 12月11日到13日，召开了第220次学术讨论会，主题为“仿生学的前沿和未来”。内容包括仿生结构与力 学，仿生材料与微系统，仿生功能及物质，能量，信息传输，痱子仿生，仿生进化与认知，仿生学的理论及其应用的发展战略等6项中心议题。路甬祥院长和杜家纬研究员非别作了“仿生学的科学意义与发展”和“21世纪仿生学研究对我过高新技术产业的影响”的评述报告。会议指出：国际上非常重视仿生学研究，许多国家都指定了相关的中长期研究规划，准备在仿生学领域展开源头创新竞争。 这两次会议的召开对我国仿生学发展的意义非同寻常。香山科学会议的主题选取，优先